火電廠SCR脫硝催化劑質(zhì)量現(xiàn)狀

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:為規(guī)范脫硝催化劑的質(zhì)量監(jiān)督與管理,國內(nèi)各大發(fā)電集團先后要求對新采購催化劑進行強制抽檢。對2016年的抽檢樣品檢測結(jié)果進行統(tǒng)計,相當多的新采購催化劑存在這樣或那樣的質(zhì)量問題,其中幾何尺寸偏差與外觀缺陷達不到標準的各占57.1%和54.3%,抗壓強度與磨損率等物理性能達不到標準的各占48.6%和54.3%,有8.6%的催化劑活性和比表面積低于標準限值,主要成分WO3含量偏低或微量元素高于技術(shù)協(xié)議的各占62.9%和5.7%。檢測結(jié)果表明,目前國內(nèi)SCR脫硝催化劑的供貨質(zhì)量不容樂觀,急需規(guī)范與管理。

關(guān)鍵詞:火電廠;煙氣脫硝;催化劑;抽檢;質(zhì)量監(jiān)督

SCR催化劑是煙氣脫硝系統(tǒng)的核心,其性能質(zhì)量直接關(guān)系到脫硝效果乃至機組的安全生產(chǎn)[1]。隨著GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》的實施和發(fā)改能源[2014]2093號《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》的頒布,火電行業(yè)完成了煙氣脫硝改造,位于重點地區(qū)或減排壓力較大區(qū)域內(nèi)的大型燃煤機組率先實現(xiàn)了超低排放。

與此同時,國內(nèi)脫硝催化劑產(chǎn)業(yè)呈爆發(fā)式發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計,截至2015年年底,煙氣脫硝催化劑規(guī)模以上生產(chǎn)企業(yè)總數(shù)有20家,年總產(chǎn)能超過2×105m3,而2016年全國火電機組的總需求約1.8×105m3。激烈的市場競爭使催化劑單價從最初的4萬元/m3降至1萬元/m3左右,產(chǎn)品質(zhì)量因而急劇下降,催化劑垮塌事故時有發(fā)生,給脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來極大的安全隱患[2]。

本文統(tǒng)計的2016年抽檢樣品涉及50多臺火電機組、25000m3新采購催化劑,依據(jù)現(xiàn)行行業(yè)檢測標準DL/T1286—2013《火電廠煙氣脫硝催化劑檢測技術(shù)規(guī)范》[3]以及國家標準GB/T31587—2015《蜂窩式煙氣脫硝催化劑》[4]、GB/T31584—2015《平板式煙氣脫硝催化劑》[5],對催化劑的各類特性指標進行了檢測與評價,并與采購技術(shù)協(xié)議作了對比。所有檢測項目均滿足標準或技術(shù)協(xié)議的僅占抽檢總量的3%,絕大多數(shù)存在或多或少的質(zhì)量問題。下文對檢測中出現(xiàn)的主要問題予以評述。

1質(zhì)量評價裝置與儀器

催化劑的工藝特性檢測,包括活性、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率,是在自行設(shè)計與安裝的全尺寸2級串聯(lián)實驗平臺上完成的[6],磨損率的測量參照檢測標準采用自制的動態(tài)試驗裝置。實驗室同時配備了所有測試催化劑表征的儀器,如用于主要成分含量與晶型及微量元素分析的XRF、XRD、ICP,用于微觀特性表征的Quantaome比表面積儀、壓汞儀,以及用于抗壓強度測量的恒應(yīng)力壓力試驗機。SO3質(zhì)量濃度則采用離子色譜測量。

2新采購催化劑的質(zhì)量問題與原因分析

2.1幾何尺寸偏差

所抽檢的催化劑中,57.1%存在幾何尺寸不達標,主要表現(xiàn)在長度、截面邊長、孔徑和壁厚超過標準允許的偏差范圍。造成這些問題的主要原因是生產(chǎn)過程中催化劑擠出模具精度不夠,烘干及煅燒工藝參數(shù)不合理。單元體長度和截面邊長的偏差一方面會使得催化劑體積偏離設(shè)計值,脫硝效率達不到設(shè)計保證值,另一方面在催化劑模塊內(nèi)單元體組裝時易造成錯位（見圖1）,影響單元體排列規(guī)整度和整體運行效果;孔徑及壁厚的偏差則會改變催化劑孔道內(nèi)的煙氣流場,增大煙氣阻力,造成催化劑局部堵塞與局部磨損,縮短其機械壽命。

圖1蜂窩式SCR脫硝催化劑模塊內(nèi)單元體的錯位

2.2外觀缺陷

催化劑外觀存在缺陷的樣品占到總抽檢量的54.3%,主要表現(xiàn)在端面和外壁面破碎、內(nèi)部裂紋、孔道扭曲以及單元整體翹曲變形（見圖2）。催化劑在混煉、擠出成型、干燥、煅燒等各生產(chǎn)工序中都有可能發(fā)生不均勻收縮或膨脹,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷,在組裝和運輸過程中的碰撞和震動也極易造成催化劑破碎與開裂。

外觀方面的缺陷也會改變催化劑孔道內(nèi)的煙氣流場,更易發(fā)生積灰、堵塞及磨損,影響脫硝系統(tǒng)的正常運行;單元體破碎、開裂或內(nèi)部裂紋則會降低催化劑的機械強度,大大縮短催化劑的使用壽命。

圖2破碎、孔道扭曲、彎曲變形及內(nèi)部裂紋的催化劑

2.3抗壓強度達不到標準要求

抗壓強度是評價催化劑機械性能的重要指標之一,反映了催化劑在運輸、安裝及運行過程中承受外界擠壓的能力,按照DL/T1286—2013《火電廠煙氣脫硝催化劑檢測技術(shù)規(guī)范》,分別測量軸向抗壓強度和徑向抗壓強度,發(fā)現(xiàn)48.6%的抽檢樣品軸向或徑向抗壓強度達不到標準要求。造成催化劑抗壓強度缺陷的原因來自于多方面：

（1）催化劑生產(chǎn)原料的品質(zhì)和配比,如載體TiO2的特性、添加劑玻璃纖維的含量等;（2）混練的均勻度與擠出參數(shù);（3）烘干與煅燒過程中時間和溫度的控制;（4）催化劑的幾何特性,如存在大量孔道彎曲與內(nèi)部裂紋,會降低抗壓強度?？箟簭姸绕腿菀资勾呋瘎┰谶\輸途中破碎,到達現(xiàn)場后無法安裝;或在反應(yīng)器內(nèi)開裂甚至塌陷,縮短使用壽命,影響機組的安全生產(chǎn)。

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